剛柔混聯振動剝離機的設計與研究

李玲玲 范緯世

摘 要：針對我國粗放式地表種植土剝離的現狀，提出了自動化精確種植土剝離。本文提出了一種剛柔混聯振動剝離機的方案，為以后物理樣機的研制提供了依據。

關鍵詞：振動減阻;二維切削;剛柔混聯;建模仿真;結構優化

1.前言

隨著我國農業的發展，在高標準農田建設示范工程中，種植土的移植與更換是農田新建、農田改造、設施農業的重要工序。種植土的自動化精確剝離可以提高農田建設提高效率及建設質量。研究表明，農業地、園林地、自然生態地表深度在 100 ～ 150mm 范圍內種植土價值最高，因此采用自動化精確種植土剝離代替粗放式種植土剝離是亟待解決的問題。目前，市場沒有專門用于種植土的剝離設備，為此，設計了剛柔混聯振動剝離機，其能夠減少土地破壞、獲得較高質量的地表種植土，且功耗小、剝離精度高，在小面積農田建設及小面積土地開發整理中具有廣闊的應用前景，對于發展經濟、高效和環保的設施農業具有重要的現實意義。

2.設計原理

柴油發動機（1）一方面將動力輸送給履帶車（2）驅動履帶車行駛;另一方面將動力經軟軸（2）與轉向器（8）輸送給轉軸（7）;轉軸（7）通過偏心套帶動刀架（10）運動，轉軸與偏心套通過鍵連接;刀架下端與機架之間通過板簧（12）連接;轉向器可以實現轉軸的正反轉，從而實現刀板（9）不同的振動方式;仿形輪（11）與地面接觸，在整機行進過程中，仿形輪隨著被剝離地面高地變化帶動信號盤（6）發生相應轉動，光電傳感器檢測到信號盤（6）的轉角變化時通過液壓回路控制升降液壓缸（4）的升降，從而實時保證刀板隨著地表的形狀起伏而調整刀板相對地表位置的穩定性，達到精確控制剝離深度的目的。工作過程中刀板在履帶車的牽引下水平切削土壤的同時，上下振動，實現振動型二維切削。

3.振動切削減阻原理

振動型二維切削即切削土壤的方向有兩個刀具推進方向與垂直于刀具推進方向，而振動垂直于刀具推進方向。

土壤在振動時其強度發生變化，并具有與靜態時不同的破壞機理。因此根據土壤成分，調節振動的頻率與振幅，使土壤剝離的同時達到合適的松碎程度，從而得到最低的消耗功率，此可作為振動減功機理的研究方向。

4.剛柔混聯機構

采用板簧作為柔性部件連接，刀板在和土壤硬物接觸時會發生跳脫現象，提高了刀板在切削過程中的柔性，同時板簧依靠自身柔性能承受高頻振動。

5.結構優化

優化方案：將板簧與刀架的固定副連接改為轉動副連接如圖3。

6.結? 論

剛柔混聯振動剝離機的方案充分利用了振動切削減阻理論，并采用剛柔混聯機構，滿足了自動化精確種植土剝離的要求，整體結構簡單、緊湊，能承受高速旋轉與高頻振動;同時提出優化方案，為以后物理樣機的研制提供了依據。

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作者簡介：李玲玲（1983.03—），女，河北省保定市人，保定市蓮池區河北科技學院 檢測技術與自動化裝置專業 研究生